对工程设计来讲,结构分析方面,迅速掌握梁的内力变化是重点所在,剪力图以及弯矩图恰恰是达成这项目标的直观工具,它们能够清晰地揭示出结构的安全薄弱点位。
内力图的实用价值
于桥梁、房屋横梁等实际工程当中,构件的内部承受着剪力,还承受着弯矩。仅仅是单纯的计算公式没办法给出整体的受力全貌,然而剪力图以及弯矩图把这些抽象的数据转化成了可视的图形。工程师凭借观察图表,能够立刻判断出哪一个截面的剪力最大,还能判断出哪一个位置的弯矩最高,进而展开针对性的加固 。
例如,在对一根处于工厂内的行车梁展开分析之际,借助绘制其内力图的方式,能够精准地找寻到在承载吊车车轮荷载之时弯矩最大的那个点。而这个位置通常是疲劳裂纹的起始之处,绝对必须予以重点监控以及设计。图表促使复杂的内力分布清晰呈现,是连接理论计算和工程实践的关键桥梁。
绘制前的准备工作
绘图开始之前,受力分析务必要完成。拿一根两端简支的梁当作例子,首先要依据静力平衡方程算出两端的支座反力。这可是后续计算的根基,要是反力算错了,整个内力图都会变得毫无意义。
梁上所遇的载荷其分布的状况是需要去进行分析的,要把集中力、均布载荷以及集中力偶不同作用的段落清晰地加以区分开来,正常情况下,这些载荷的作用的点或者分布区域的起始点和终止点,会把梁划分成若干个段落,每一个段落内里的剪力和弯矩的变化规律常常并不相同,这乃是进行分段绘图所依据的基础要素。
集中载荷作用的绘制
如果假定简支梁中部的C点作用着一个朝着下方的集中力F ,那么首先要依据平衡条件去求出两端支座的反力 。因为AC段以及CB段上面不存在其他载荷,按照微分关系,这两段的剪力是常数,所以剪力图是两条水平的线,然而在C点由于集中力的作用,剪力图会产生突变 。
同样,于这两段当中,弯矩为坐标的一次函数,所以弯矩图由两段斜直线组成,在C点,弯矩图得以连续然而出现转折点(尖点),仅需计算出A、C、B三个控制截面的弯矩值,随后连以直线,便可得到完整的弯矩图。
均布载荷作用的分析
若简支梁有一段承受着均布载荷q,比如说从A点起一直到C点的那段。针对此段之内,剪力其实是坐标的一次函数,剪力所呈现出的图形是一条斜直线,其斜率相当于负的载荷集度q。这就表明了剪力值得从一端朝着另一端呈线性变化这样子。
所对应的弯矩图是二次抛物线,抛物线凹的方向跟均布载荷方向相同,那就意味着载荷向下的时候抛物线开口向下,在剪力等于零的截面上,弯矩能取得极值,也就是最大值或者最小值,找到这个位置对确定梁的最危险截面是极其重要的。
集中力偶的影响
梁上作用集中力偶时,比如在C点,剪力不会受其影响,在力偶作用之处,剪力图不会有变化,然而弯矩图会出现突变,突变的数值等同于该集中力偶矩的大小,C点左侧的截面即C-,与右侧截面C+的弯矩值不一样。
那么在处理这种情况的时刻,需要分别先去展开计算C-以及C+这两个无限接近C点的截面弯矩值,在弯矩图之上把这两点进行标注出来之后,再分别与相邻小段的图形连接起来,如此清晰地展现出了力偶对于梁弯曲效应发生之影响的局部表现,对于机械传动轴等部件所做分析尤为显示出其重要性来。
快速绘图的规律总结
获得规律能够极大程度的升高绘图的效能 ,没有载荷的部分 ,剪力的图形是水平的线 ,弯矩的图形是倾斜的直线 ,均匀分布载荷的部分 ,剪力的图形是倾斜的直线 ,弯矩的图形是二次的曲线 ,集中力作用的时候 ,剪力的图形突然变化 ,弯矩的图形出现尖点 。
集中力偶作用的地方,剪力图不会发生变化,弯矩图会出现突变。借助这些依据平衡微分关系推导出的规律用不着列出完整的关于剪力与弯矩的方程,只要挑选载荷不连续位置的若干控制截面,计算出内力的值,接着依照规律进行连线,便能够快速且准确地绘制出整个梁的内力图 。
于实际工程里头,你是更偏向运用列方程的传统方式,还是依靠那些绘图规律进而达到对梁受力的快速剖析?欢迎你来分享自身的经验以及看法,要是觉着本文存在帮助的话,请进行点赞予以支持。